金属材料(34).ppt

,3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金,第3章金属材料,,,,,3.1.1碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途,3.1碳钢,,,,,3.1.1碳钢的成分和分类,１.成分wC≤2.11Mn、Si→固溶强化S→热脆P→冷脆O、N、H→强度、塑性、韧性↓２.分类1）按C含量分低C钢wC≤0.25中C钢0.25＜wC≤0.6高C钢wC＞0.62）按质量分（S、P含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。,,,3.1.2碳钢的牌号及用途,1．碳素结构钢2．优质碳素结构钢3．碳素工具钢,,,,,1．碳素结构钢,牌号如Q215B，表示s≥215MPa（厚度≤16mm），B级质量。,,,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理热轧空冷组织S＋F,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,,,,2．优质碳素结构钢,牌号如45钢，含C量为45/100000.45。,,摘自GB/T699-1999,,,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,汽车曲轴,热处理渗碳、淬火、回火等。,,,,3．碳素工具钢,牌号如T12A钢，含C量为12/10001.2，A表示高级优质，wS0.020，wP0.030。,,摘自GB/T1298-1986,,,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理淬火低温回火组织回火M＋粒状Fe3CA,,,,3.2.1概论3.2.2合金结构钢3.2.3合金工具钢3.2.4特殊性能钢,3.2合金钢,,,,,3.2.1概论,１.合金钢的分类（按用途分类）合金结构钢低合金结构钢、渗C钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等。合金工具钢刃具、模具、量具钢。特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢。２.合金钢的编号结构钢如60Si2Mn，wC0.6，wSi2，wMn＜1.5工具钢、特殊性能钢如9SiCr，wC0.9，wSi、wCr均＜1.5而CrWMn中，wC＞1.0专用钢如，滚动轴承钢GCr15，wC1.0，wCr1.5高级优质钢如，20Cr2Ni4A,3.2.2合金结构钢,,,1．低合金结构钢2．渗碳钢3．调质钢4．弹簧钢5．滚动轴承钢,,1．低合金结构钢,,,,成分wC＜0.2，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,摘自GB/T1591-1994,热处理、组织热轧空冷，S＋F,,,,,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2．渗碳钢,,,,成分wC0.1～0.25,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。性能渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,热处理,,,,组织表层回火M碳化物A′；心部低C的回火M（TF）,应用耐磨件20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳→淬火→低温回火,3．调质钢,,,,成分wC0.25～0.50，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化F。性能综合机械性能高,,,,热处理,组织表层回火S,应用40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或氮化38CrMoAl。,汽车曲轴,4．弹簧钢,,,,成分wC0.45～0.70，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能σe、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,（摘自GB/T1222－1985）,,,,应用65Mn、60Si2Mn汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,热处理,热轧弹簧热成型→淬火中温回火→喷丸冷轧弹簧淬火中温回火→冷成型→去应力→喷丸组织回火T,5．滚动轴承钢,,,,成分wC0.95～1.10，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。性能高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,（摘自GB/T18254－2002）,,,,应用GCr15中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,热处理,球化退火淬火低温回火冷处理，时效（120～140℃,10～20h）稳定尺寸，去应力。组织回火M＋细碳化物＋少量A,,,1．合金刃具钢2．合金模具钢3．量具用钢,3.2.3合金工具钢,,,,,1．合金刃具钢,（１）性能要求高硬度机加工刀具HRC＞60高耐磨性刀具寿命和生产率↑组织要求硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性以承受冲击载荷,,,,（２）低合金刃具钢,成分wC0.91.5，合金元素＜5。性能HRC＞60，使用温度200300℃。,（摘自GB/T1299－2000）,,,热处理球化退火（机加工）淬火低温回火,最终组织回火M合金碳化物少量A应用如9SiCr，做板牙、丝锥等。,,,,（３）高速钢,成分wC0.71.2，合金元素＞10。性能高硬度、耐磨性VC等弥散硬化高热硬性600℃时HRC≈62，W2C等提高热硬性。高淬透性尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。,,,,,热处理,（锻造）球化退火（机加工）→淬火回火锻造目的成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。,,,淬火，1280℃增加A、M中合金含量，提高热硬性。,淬火组织（左图）M碳化物A,最终组织（右图）回火M粒状碳化物少量A,回火，560℃，三次W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A。,应用高速车刀、钻头、铣刀等。,,,,刃具钢热硬性比较,,,,,,2．合金模具钢,（１）冷模具钢冷冲、冷镦、冷挤压模等。,性能高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。,应用小型模具9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。大型模具Cr12、Cr12MoV等，热处理变形小。,最终热处理淬火低温回火最终组织回火M碳化物少量A,,,,（２）热模具钢热锻、热挤压、压铸模等。,性能耐热性、热疲劳抗力高。,应用中小型模具5CrMnMo等。大型模具3Cr2W8V等，淬透性好。,最终热处理淬火高温回火最终组织回火T或回火S,,,3．量具用钢卡尺、千分尺、塞规等,性能高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。,应用简单量具T10A、T12A等。高精度量具GCr15、CrWMn等。,最终热处理淬火（-70～-80℃）冷处理低温回火时效处理时效处理120～130℃，保温几～几十小时，使M、A稳定，消除内应力。最终组织回火M碳化物少量A,,,,1．不锈钢2．耐热钢3．耐磨钢,3.2.4特殊性能钢,,,,,1.不锈钢,钢的抗腐蚀措施形成单相组织。加入Cr，降低两相的电极电位差。加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜。,常用不锈钢F型如1Cr17，化工设备、食品工业。M型如1Cr13用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。A型如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。,,,,不锈钢的成分、热处理、性能,,,２.耐热钢,抗氧化性金属在高温下的抗氧化能力热强性热强性是指钢在高温下的强度,用途锅炉、燃气轮机等,,,,３.耐磨钢ZGMn13,热处理1000℃～1100℃，保温，水冷→A，硬度低，韧性高。性能工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。,用途履带、铁道岔道,,,,小结,重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。３.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；,一般要求１.特殊性能钢；２.时效处理、热硬性等概念。,,,,作业3,P2122week12,Nov162.3，79，213.2，5,P2122week12,Nov182.46，10，123.1，3，4，6，7,,作业3a,,,作业2f参考答案P9-11,2.27除（）、（）外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降，因此淬火后相同C质量分数的合金钢与C钢相比，残余A（）,使钢的硬度（）。,Co,Al,增多,下降,3.26所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（）,No,28合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（）,No,,,,作业2f参考答案P14,5.26直径为10mm的共析钢小试样加热Ac１30℃，用图1-3所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。,答aMA′单液淬火bMA′分级淬火cTMA′油冷淬火d下B等温淬火eS正火fP完全退火gP等温退火,,,,作业2f参考答案P15,5.29说明直径为10mm的45钢试样分别经下列温度加热700℃、760℃、840℃、1100℃，保温后在水中冷却得到的室温组织。,答700℃FP760℃MF840℃M1100℃粗M,33甲、乙两厂生产同一零件，均选用45钢，硬度要求220～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。,答甲厂FS乙厂回火S，韧性较好。,,,,作业3参考答案P21-22,2.320是（）钢，可制造（）。,优质碳素结构,冲压、焊接件,7T12是（）钢，可制造（）。,碳素工具,锉刀、量规等,816Mn是（）钢，可制造（）。,低合金结构,桥梁,940Cr是（）钢，可制造（）。,合金调质,车床齿轮,2120CrMnTi是（）钢，Cr,Mn的主要作用是（）,Ti的主要作用是（），热处理工艺是（）。,合金渗碳,提高淬透性,3.２T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（）,No,５T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（）,No,细化晶粒,渗碳淬火低温回火,,,TheEnd,of3.13.2,